本发明涉及钢铁冶金领域，尤其是一种30Mn圆管坯钢铸坯内部质量控制的方法。
背景技术：
对于30Mn管坯钢来说，钢种成分中的中碳、1.28％～1.42％的锰含量本身决定了连铸生产过程铸坯裂纹敏感性较强。主要由于钢种导热系数低，线性膨胀系数大，冷却凝固过程中产生较大内应力，容易产生表面裂纹缺陷；再者，由于铸坯断面相对较大且为圆坯，其比表面积更小铸坯传热效率更低，凝固冷却缓慢，坯壳形成以后，传热效率下降将导致铸坯横截面径向温度梯度变大，传热方向性凸显，进一步导致柱状晶发达，等轴晶率较低的趋势。因此，连铸过程要兼顾裂纹控制及铸坯凝固组织优化，实现难度较大。连铸生产过程中优化铸坯凝固组织，弱化凝固传热方向性，并进一步控制铸坯裂纹的产生是综合控制30Mn圆管坯铸坯质量的关键。作为冶金工作研究，提高30Mn圆管坯铸坯综合质量是研究的重点，尤其如提高30Mn圆管坯铸坯等轴晶率、控制铸坯裂纹。例如：CN101412082公开了一种防止中碳高锰钢裂纹的生产方法。该发明所解决的技术问题为防止连铸工艺生产的中碳高锰钢方坯产生裂纹的技术问题。中碳高锰钢方坯的制备方法包括如下流程：转炉冶炼—LF+RH精炼—方坯连铸,其特征在于：在连铸时,控制连铸拉速为0.3～0.7m/min,冷却强度为0.37～0.53L/kg。同时在RH精炼工位控制钢中Al含量为0.010％～0.050％后,加入钛铁合金控制钢中Ti含量0.015％～0.045％。通过上述改进,可消除裂纹敏感性强的中碳高锰钢大方坯的裂纹。但是对于φ350mm断面生产较大规格30Mn圆管坯铸坯质量控制的具体方法并未涉及。CN103008590A公开一种中碳锰钢用连铸结晶器保护渣,其特征是：保护渣组成重量百分比为：SiO2控制在30.0～40.0wt％,CaO控制在13.0～22.3wt％,MgO控制在2.0～7.0wt％,A12O3控制在3.0～6.0wt％,Fe2O3控制在1.0～3.0wt％,MnO控制在1.0～4.2wt％,Na2O控制在1.2～5.0wt％,F控制在2～7.3wt％,C控制在12～21.3wt％,K2O要求≤2.0wt％,Li2O≤1.0wt％,B2O3≤1.0wt％,TiO2≤0.6wt％,其余为水分和不可避免杂质。其优点是：碱度低、粘度低、热流均匀,其熔渣在高温状态下具有较好的流动性和稳定性,有效的控制了结晶器热流的均匀性,适用于高效稳定的方坯连铸生产过程,可使铸坯的质量和产量得到大幅提高。但是对于φ350mm断面生产较大规格30Mn圆管坯铸坯质量控制的具体方法仍未涉及。CN101508011公开了一种防止中碳锰钢铸坯表面纵裂的生产方法,所要解决的技术问题为提供了一种防止中碳锰钢铸坯表面纵裂纹的生产方法。该生产方法包括如下步骤：A.按照常规方法转炉冶炼,冶炼后合金化,控制其碳含量为0.25％-0.40％、锰含量为1.25％-1.75％；B.合金化后在钢液中加入铝进行终脱氧；C.钢液连铸,即得中碳锰钢。其特征在于：在步骤B终脱氧后加入钛铁合金,控制其钛含量为0.005％-0.0145％；加入钛铁合金再进行钢液连铸。通过该改进实现了避免中碳锰钢连铸坯产生表面纵裂纹缺陷的目的。但是对于φ350mm断面生产较大规格30Mn圆管坯铸坯综合质量控制的具体方法仍未涉及。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种让铸坯裂纹缺陷得到有效控制，铸坯凝固组织得到有效改善，从而实现内部质量控制的30Mn圆管坯钢铸坯内部质量控制的方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：30Mn圆管坯钢铸坯内部质量控制的方法，包括以下步骤：a、首先为转炉冶炼工艺，其中转炉终点的碳含量范围为0.05％～0.15％，终点的温度范围≥1670℃，小平台按吨钢1.5～2.0m的喂入量喂加铝线，进行脱氧处理，小平台目标成分按：碳元素为0.25％～0.30％、硅元素为0.18％～0.25％、锰元素为1.20％～1.30％、磷元素≤0.015％进行控制，脱氧合金化结束后进行大于或等于3min的软吹；b、其次为LF炉精炼钢水工艺，其中出站前进行成分微调，精炼末期加入钛合金料，加入量按钢液重量的0.020％～0.035％进行配加，之后进行200～500m的喂入量喂加硅钙线进行钙处理，其中中包第一炉次按上限喂加，喂线后进行大于或等于6min的软吹搅拌，LF出站目标温度按照1560～1600℃进行控制；c、最后为断面连铸工艺，其中：结晶器电磁搅拌参数为搅拌电流300～400A，2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为搅拌电流100～200A，频率4.0～7.0Hz；过热度控制在25～35℃；拉速控制在0.70～1.00m/min；结晶器冷却控制在2400～2500L/min；二冷比水量控制在0.21～0.30/kg钢。进一步的是，所述步骤a中，脱氧合金化结束后进行的软吹的吹氩强度以避免钢液裸露为准。本发明的有益效果是：本发明通过“结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌”组合式电磁搅拌的方法实现对铸坯凝固传热优化，实现对较大规格30Mn圆管坯凝固组织进行控制，提高铸坯凝固组织等轴晶率、提高铸坯低倍评级质量水平及铸坯致密度具体值。其作用机理为：结晶器电磁搅拌通过磁场产生电磁力矩，改变结晶器内部钢液流场、温度场分布情况，促进结晶器内钢液成分、温度均匀化，减弱凝固传热方向性，促进坯壳均匀生长；进一步地，凝固末端电磁搅拌通过强制驱动糊状区钢液的流动，对柱状晶组织冲刷熔断，提高等轴晶形核率，抑制柱状晶生长，提高铸坯等轴晶率，最终实现铸坯中心致密度的提高，提高铸坯内部质量；但是，凝固末端电磁搅拌强度过强则容易造成枝晶尖端冲刷严重，导致低熔点强流动性的低溶质浓度钢液呈环形聚集，形成白亮带；再者，合理的过热度及拉速匹配控制及二冷强度制定是对铸坯凝固传热控制的关键，即铸坯中心质量控制的关键。另外，通过对钢液进行微钛处理，改善高温塑性，降低钢种裂纹敏感性。本发明尤其适用于φ350mm断面生产较大规格30Mn圆管坯钢铸坯内部质量控制工艺之中。具体实施方式30Mn圆管坯钢铸坯内部质量控制的方法，包括以下步骤：a、首先为转炉冶炼工艺，其中转炉终点的碳含量范围为0.05％～0.15％，终点的温度范围≥1670℃，小平台按吨钢1.5～2.0m的喂入量喂加铝线，进行脱氧处理，小平台目标成分按：碳元素为0.25％～0.30％、硅元素为0.18％～0.25％、锰元素为1.20％～1.30％、磷元素≤0.015％进行控制，脱氧合金化结束后进行大于或等于3min的软吹；b、其次为LF炉精炼钢水工艺，其中出站前进行成分微调，精炼末期加入钛合金料，加入量按钢液重量的0.020％～0.035％进行配加，之后进行200～500m的喂入量喂加硅钙线进行钙处理，其中中包第一炉次按上限喂加，喂线后进行大于或等于6min的软吹搅拌，LF出站目标温度按照1560～1600℃进行控制；c、最后为断面连铸工艺，其中：结晶器电磁搅拌参数为搅拌电流300～400A，2～4Hz；凝固末端电磁搅拌参数为搅拌电流100～200A，频率4.0～7.0Hz；过热度控制在25～35℃；拉速控制在0.70～1.00m/min；结晶器冷却控制在2400～2500L/min；二冷比水量控制在0.21～0.30/kg钢。实际生产时，采用的钢种化学组分按重量百分比为：C：0.30％～0.34％、Si：0.20％～0.34％、Mn：1.28％～1.42％、P≤0.025％、S≤0.020％、Cr≤0.15％、Cu≤0.20％、Ni≤0.25％，钢中As、Sn含量要求：As≤0.030％，Sn≤0.010％，0.4As+6Sn≤0.072％；其余残余元素要求：Ti≤0.04％、Mo≤0.10％、V≤0.020％、Nb≤0.01％、B≤0.0005％，余量为Fe。通常情况下，连铸工艺过程中铸坯凝固组织从铸坯表面向中心呈现“激冷层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区”的结晶器组织区域。为改善铸坯质量提高铸坯等轴晶率、提高铸坯中心区域致密度，目前冶金行业涌现出多种工艺技术，其中改善铸坯中心疏松的方法就有电磁搅拌技术及凝固末端压下技术，而对于圆坯，为保证铸坯外形尺寸规整需求，不使用凝固末端压下技术。实施例实施例1某炼钢厂采用120t转炉冶炼→LF炉精炼→四机四流铸机φ350mm断面连铸生产30Mn圆管坯。转炉吹炼结束时，终点碳为0.10％进行控制，终点温度控制在1675℃；小平台按1.7m/t钢喂入铝线进行脱氧；小平台出站成分控制为：[C]0.27％、[Si]0.22％、[Mn]1.24％、[P]0.013％；脱氧合金化后进行软吹氩搅拌，搅拌时间3.7min，搅拌未出现钢液裸露。钢水到达LF精炼炉处，进行吹氩钢液微微波动，未出现大翻现象，精炼结束后，按钢液重量的0.026％配加Ti；配加完毕后喂加400m硅钙线进行钙处理，喂线后进行了7.5min的软吹搅拌，LF出站温度为1587℃。LF精炼处理结束后调运至四机四流铸机φ350mm断面进行钢液浇铸，与本发明要求相关的关键技术参数实际控制为：结晶器电磁搅拌：搅拌电流365A，搅拌频率2.0Hz；凝固末端电磁搅拌：搅拌电流100A，搅拌频率7.0Hz；钢液实际连铸过程过热度控制在25～30℃；拉速为0.7m/min；结晶器冷却控制在2456L/min；二冷比水量控制在0.21/kg钢。上述技术发明稳定运用后，铸坯质量得到良好控制，铸坯低倍检测结果为：铸坯疏松度0.5～1.0级，疏松区域直径比例40.2％；铸坯表面无裂纹等缺陷，铸坯表面综合无清理率达到99.2％。铸坯金属原位分析致密度检测，中心区域为0.82，铸坯等轴晶区长度比例50.1％～53.9％；铸坯钻样偏析检测结果为0.96～1.05。实施例2某炼钢厂采用120t转炉冶炼→LF炉精炼→四机四流铸机φ350mm断面连铸生产30Mn圆管坯。转炉吹炼结束时，终点碳为0.15％进行控制，终点温度控制在1673℃；小平台按1.5m/t钢喂入铝线进行脱氧；小平台出站成分控制为：[C]0.25％、[Si]0.25％、[Mn]1.20％、[P]0.013％；脱氧合金化后进行软吹氩搅拌，搅拌时间4.5min，搅拌未出现钢液裸露。钢水到达LF精炼炉处，进行吹氩钢液微微波动，未出现大翻现象，精炼结束后，按钢液重量的0.020％配加Ti；配加完毕后喂加200m硅钙线进行钙处理，喂线后进行了7.3min的软吹搅拌，LF出站温度为1560℃。LF精炼处理结束后调运至四机四流铸机φ350mm断面进行钢液浇铸，与本发明要求相关的关键技术参数实际控制为：结晶器电磁搅拌：搅拌电流300A，搅拌频率3.2Hz；凝固末端电磁搅拌：搅拌电流175A，搅拌频率5.5Hz；钢液实际连铸过程过热度控制在28～34℃；拉速为1.00m/min；结晶器冷却控制在2400L/min；二冷比水量控制在0.30/kg钢。上述技术发明稳定运用后，铸坯质量得到良好控制，铸坯低倍检测结果为：铸坯疏松度0.5级，疏松区域直径比例38.8％；铸坯表面无裂纹等缺陷，铸坯表面综合无清理率达到98.7％。铸坯金属原位分析致密度检测，中心区域为0.88，铸坯等轴晶区长度比例51.4％～56.4％；铸坯钻样偏析检测结果为0.95～1.04。实施例3某炼钢厂采用120t转炉冶炼→LF炉精炼→四机四流铸机φ350mm断面连铸生产30Mn圆管坯。转炉吹炼结束时，终点碳为0.05％进行控制，终点温度控制在1680℃；小平台按2.0m/t钢喂入铝线进行脱氧；小平台出站成分控制为：[C]0.30％、[Si]0.18％、[Mn]1.30％、[P]0.009％；脱氧合金化后进行软吹氩搅拌，搅拌时间4.0min，搅拌未出现钢液裸露。钢水到达LF精炼炉处，进行吹氩钢液微微波动，未出现大翻现象，精炼结束后，按钢液重量的0.035％配加Ti；配加完毕后喂加500m硅钙线进行钙处理，喂线后进行了6.5min的软吹搅拌，LF出站温度为1600℃。LF精炼处理结束后调运至四机四流铸机φ350mm断面进行钢液浇铸，与本发明要求相关的关键技术参数实际控制为：结晶器电磁搅拌：搅拌电流400A，搅拌频率4.0Hz；凝固末端电磁搅拌：搅拌电流200A，搅拌频率4.0Hz；钢液实际连铸过程过热度控制在27～35℃；拉速为0.86m/min；结晶器冷却控制在2500L/min；二冷比水量控制在0.27/kg钢。上述技术发明稳定运用后，铸坯质量得到良好控制，铸坯低倍检测结果为：铸坯疏松度0.5～1.0级，疏松区域直径比例41.1％；铸坯表面无裂纹等缺陷，铸坯表面综合无清理率达到97.8％。铸坯金属原位分析致密度检测，中心区域为0.83，铸坯等轴晶区长度比例51.5％～53.2％；铸坯钻样偏析检测结果为0.96～1.04。上述实施例说明采用本发明技术生产的φ350mm断面30Mn圆管坯铸坯质量得到了有效控制，特别是铸坯裂纹控制及中心疏松缺陷的控制，铸坯无表面裂纹，酸洗低倍评级中心疏松全≤1.0级，中心疏松区域面积直径比例≤41.1％，疏松区域最大长度为112mm，对铸坯中心位置区域采用金属原位分析仪进行致密度检测，均控制在0.82以上,，铸坯等轴晶区长度比例50.1％～56.4％，铸坯钻样偏析检测为0.95～1.05。